CN113963831B - 一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统及方法，该系统包括第一预热器、第二预热器、蒸发器、蒸汽压缩机和电蒸汽发生器，以及设置在所述第一预热器的第一预热室出口处的冷凝液流量调节阀。本公开提供的热泵蒸发处理系统无需设置蒸汽冷凝装置，实现了对蒸汽热量的再利用，因此，该系统具有低耗节能的优点，而且，冷凝液流量调节阀的设置位置显著消除了设备中存在的气锤现象。
Description
技术领域
本公开涉及废液处理技术领域，具体涉及一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统及方法。
背景技术
随着科学技术的进步，核能作为极具推广价值的清洁能源，被运用于诸多领域。在核能的生产过程中，核燃料循环过程中会产生放射性废液，放射性废液中含有少量的放射性核素以及不同浓度的盐分，对人体及环境有一定危害，因此在排放之前需要进行净化处理。
目前用于放射性废液处理的方法主要是蒸发浓缩法，该方法将经过预热的放射性废液送入蒸发器，利用高温蒸汽对蒸发器进行加热，使得放射性废液分离为蒸汽和浓缩液，蒸汽经冷凝后直接排放，浓缩液作进一步处理。
中国专利CN204303367U公开了一种低水平放射性废液处理系统，该系统能够将放射性废液蒸发分离产生的蒸汽升温升压为高温蒸汽，并用于放射性废液的蒸发分离，然后将高温蒸汽的冷凝液用于放射性废液的预热。
然而，在实现本公开的过程中，发明人发现上述系统的冷凝液流路中存在水锤现象，这不仅会缩短设备的使用寿命，还存在安全隐患。
发明内容
本公开的目的是解决已有放射性废液处理系统冷凝液流路中存在水锤现象的问题，提供一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统及方法。
为了实现上述目的，本公开提供一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统，该系统包括第一预热器、第二预热器、蒸发器、蒸汽压缩机和电蒸汽发生器，所述第一预热器具有第一原液室和第一预热室，所述第二预热器具有第二原液室和第二预热室，所述蒸发器具有蒸发室和加热室；
所述第一原液室、所述第二原液室、所述蒸发室和所述蒸汽压缩机依次连通，所述蒸汽压缩机的出口以及所述电蒸汽发生器的补偿蒸汽出口分别与所述加热室的入口连通，所述加热室的蒸汽出口与所述第二预热室的入口连通，所述加热室的冷凝液出口以及所述第二预热室的出口分别与所述电蒸汽发生器的冷凝液入口连通，所述电蒸汽发生器的冷凝液出口与所述第一预热室的入口连通；
所述第一预热室的出口处设有冷凝液流量调节阀，所述冷凝液流量调节阀用于调节从所述电蒸汽发生器的冷凝液出口进入所述第一预热室的入口的蒸汽冷凝液的流量。
可选地，所述第一预热室的出口连接有外排管道，所述冷凝液流量调节阀设置在所述外排管道上。
可选地，所述系统还包括供料槽、净化塔和热水泵；
所述供料槽的出口与所述第一原液室的入口连通；
所述净化塔设置在所述蒸发室和所述蒸汽压缩机之间，所述净化塔的入口与所述蒸发室的出口连通，所述净化塔的出口与所述蒸汽压缩机的入口连通；
所述热水泵设置在所述电蒸汽发生器和所述第一预热室之间，所述热水泵的入口与所述电蒸汽发生器的冷凝液出口连通，所述热水泵的出口与所述第一预热室的入口连通，用于将所述电蒸汽发生器中的蒸汽冷凝液送入所述第一预热室中。
本公开还提供采用上述任意一项所述的系统处理放射性废液的方法，该方法包括：
通过所述冷凝液流量调节阀调节从所述电蒸汽发生器的冷凝液出口进入所述第一预热室的入口的蒸汽冷凝液的流量。
可选地，所述方法还包括：
将待处理的放射性废液依次送入所述第一预热器的第一原液室和所述第二预热器的第二原液室中进行预热处理；
使预热后的所述放射性废液进入所述蒸发器的蒸发室中进行蒸发处理，得到二次蒸汽和浓缩废液；
使所述二次蒸汽进入所述蒸汽压缩机中进行加压升温处理，得到高温蒸汽，并将所述高温蒸汽作为热源返回所述蒸发器的加热室中进行换热；
将所述加热室中部分未冷凝的所述高温蒸汽和不凝气作为热源送入所述第二预热器的第二预热室中进行换热；
将所述加热室中换热产生的蒸汽冷凝液以及所述第二预热室中换热产生的蒸汽冷凝液分别送入所述电蒸汽发生器中；
使所述电蒸汽发生器中的部分蒸汽冷凝液进行蒸发得到补偿蒸汽，使所述补偿蒸汽作为热源进入所述蒸发器的加热室中进行换热；
使所述电蒸汽发生器中的部分蒸汽冷凝液作为热源进入所述第一预热器的第一预热室中进行换热，换热后的蒸汽冷凝液从所述第一预热室的出口经所述冷凝液流量调节阀进行排放。
可选地，经所述第一预热器预热后，所述放射性废液的温度升高至70℃～85℃，经所述第二预热器预热后，所述放射性废液的温度升高至90℃～98℃。
可选地，经所述蒸汽压缩机进行加压升温处理后，所述高温蒸汽的压力为50kPa～80kPa，温度为110℃～120℃。
可选地，从所述电蒸汽发生器进入所述第一预热室的蒸汽冷凝液的温度为110℃～120℃；
从所述第一预热室的出口经所述冷凝液流量调节阀进行排放的蒸汽冷凝液的温度为40℃～55℃。
可选地，所述补偿蒸汽的温度为110℃～120℃。
通过上述技术方案，本公开提供的热泵蒸发处理系统无需设置蒸汽冷凝装置，实现了对蒸汽热量的再利用，因此，该系统具有低耗节能的优点，而且，将凝液流量调节阀设置在第一预热室的出口处，能够有效消除第一预热室中的气锤现象，显著减小流体对设备的冲击，有效提升系统的运行稳定性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统的结构示意图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的一种冷凝液处理流路的结构示意图。
附图标记说明
1 第一预热器 2 第二预热器
3 蒸发器 4 净化塔
5 蒸汽压缩机 6 电蒸汽发生器
7 冷凝液流量调节阀 8 外排管道
9 供料槽 10 热水泵
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1示意性示出了根据本公开实施例的一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统的结构示意图。
如图1所示，该系统可以包括第一预热器1、第二预热器2、蒸发器3、蒸汽压缩机5和电蒸汽发生器6，所述第一预热器1具有第一原液室和第一预热室，所述第二预热器2具有第二原液室和第二预热室，所述蒸发器3具有蒸发室和加热室。
其中，所述第一原液室、所述第二原液室、所述蒸发室和所述蒸汽压缩机5依次连通，所述蒸汽压缩机5的出口以及所述电蒸汽发生器6的补偿蒸汽出口分别与所述加热室的入口连通，所述加热室的蒸汽出口与所述第二预热室的入口连通，所述加热室的冷凝液出口以及所述第二预热室的出口分别与所述电蒸汽发生器6的冷凝液入口连通，所述电蒸汽发生器6的冷凝液出口与所述第一预热室的入口连通。
在本公开中，具体地，第一原液室、第二原液室和蒸发室构成废液处理流路，用于对放射性废液进行预热处理和蒸发处理；蒸汽压缩机、加热室和第二预热室构成蒸汽处理流路，用于为放射性废液的预热和蒸发提供加热蒸汽；电蒸汽发生器和第一预热室构成冷凝液处理流路，用于为放射性废液的预设提供预热用水，并排放降温后的蒸汽冷凝液。
放射性废液从第一原液室入口进入，依次经第一原液室和第二原液室预热后，进入蒸发器的蒸发室，并在蒸发室中蒸发产生二次蒸汽；二次蒸汽进入蒸汽压缩机，并在蒸汽压缩机中经加压和升温，变成高温蒸汽；高温蒸汽进入蒸发器的加热室进行换热，为蒸发室中放射性废液的蒸发过程提供热量，换热后的高温蒸汽冷凝为蒸汽冷凝液进入电蒸汽发生器；蒸发室中部分未冷凝的高温蒸汽以及不凝气体进入第二预热室进行换热，为第二原液室中放射性废液的预热提供热量，换热产生的蒸汽冷凝液进入电蒸汽发生器，不凝气体从第二预热室直接排放；进入电蒸汽发生器的蒸汽冷凝液，一部分被加热沸腾产生补偿蒸汽，另一部分进入第一预热室中，为第一原液室中放射性废液的预热提供热量；电蒸汽发生器中产生的补偿蒸汽进入蒸发器的加热室中进行换热，第一预热室中的蒸汽冷凝液在换热后直接排放。
通过上述技术方案，该热泵蒸发处理系统将废液蒸发处理产生的蒸汽用作废液蒸发处理所需的加热蒸汽，加热蒸汽在为废液蒸发处理提供热量的过程中转化为可以直接排放的蒸汽冷凝液，因此，本公开可以无需设置蒸汽冷凝装置，而且实现了对蒸汽热量的再利用，因此，该热泵蒸发处理系统具有低耗节能的优点。
图2示意性示出了根据本公开实施例的一种冷凝液处理流路的结构示意图。如图2所示，冷凝液处理流路由电蒸汽发生器5和第一预热器1的第一预热室构成，所述第一预热室的出口处设有冷凝液流量调节阀7，所述冷凝液流量调节阀7用于调节从所述电蒸汽发生器6的冷凝液出口进入所述第一预热室的入口的蒸汽冷凝液的流量。
在本公开中，具体地，第一预热器采用水水换热的方式对放射性废液进行预热，热源为第一预热室内的蒸汽冷凝液，第一预热室内的蒸汽冷凝液换热后可以直接排放。蒸汽冷凝液可以由电蒸汽发生器通过热水泵输送至第一预热室内，通常情况下，在热水泵和第一预热室入口之间的管路上设置冷凝液流量调节阀，并通过调控冷凝液流量调节阀的开度调控蒸汽冷凝液进入第一预热室内的流量。
然而，本公开发明人发现，当系统正常运行时，冷凝液流量调节阀一般具有一定的开度，导致冷凝液流量调节阀处存在一定的阻力，当接近泡点的饱和高温蒸汽冷凝液通过该冷凝液流量调节阀时，由于通过前和通过后存在阻力降，因此导致部分蒸汽冷凝液汽化，产生汽液混合物，汽液混合物输送至第一预热室中换热后，其中的蒸汽会发生冷凝，蒸汽冷凝形成的体积坍缩会使得液体以很大的压强撞击设备内壁，产生气锤现象。气锤一是会产生震动，伴随巨大声响，不利于蒸发系统稳定运行，二是会长期冲击第一预热器，缩短设备使用寿命，存在安全隐患。
基于上述发现，本公开发明人在进行研究后提出了本公开的冷凝液流量调节阀布置方案，也即，将冷凝液流量调节阀设置在第一预热室的出口处，在该情况下，由于在电蒸汽发生器和第一预热室之间不存在冷凝液流量调节阀，因此蒸汽冷凝液在进入第一预热室之前不会存在额外的阻力降，因此不会发生部分蒸汽冷凝液汽化的现象，经第一预热室换热后，也不会发生体积坍缩的现象；此外，经第一预热室换热后的蒸汽冷凝液温度较低，即使流经第一预热室的出口处的冷凝液流量调节阀，也不会由于阻力降而发生汽化现象，因此，本公开的冷凝液流量调节阀布置方案能够有效消除气锤现象，显著减小流体对设备的冲击，有效提升系统的运行稳定性。
根据本公开，所述第一预热室的出口连接有外排管道8，所述冷凝液流量调节阀7可以设置在所述外排管道8上。
根据本公开，所述系统还可以包括供料槽9、净化塔4和热水泵10；所述供料槽9的出口与所述第一原液室的入口连通；所述净化塔4设置在所述蒸发室和所述蒸汽压缩机5之间，所述净化塔4的入口与所述蒸发室的出口连通，所述净化塔4的出口与所述蒸汽压缩机5的入口连通；所述热水泵10设置在所述电蒸汽发生器6和所述第一预热室之间，所述热水泵10的入口与所述电蒸汽发生器6的冷凝液出口连通，所述热水泵10的出口与所述第一预热室的入口连通，用于将所述电蒸汽发生器6中的蒸汽冷凝液送入所述第一预热室中。
根据本公开，所述蒸发室的出口处可以设置有第一过滤网，所述净化塔4中可以设置有第二过滤网，来自所述蒸发室的二次蒸汽经所述第一过滤网和所述第二过滤网后，进入所述蒸汽压缩机5。
第一过滤网和第二过滤网能够有效去除蒸汽中夹带的未达排放标准的小水滴，避免其通过蒸汽处理流路和冷凝液处理流路排放到外界。
本公开还提供采用上述任意一项所述的系统处理放射性废液的方法，该方法可以包括：通过所述冷凝液流量调节阀调节从所述电蒸汽发生器的冷凝液出口进入所述第一预热室的入口的蒸汽冷凝液的流量。
根据本公开，所述方法还可以包括：将待处理的放射性废液依次送入所述第一预热器的第一原液室和所述第二预热器的第二原液室中进行预热处理；使预热后的所述放射性废液进入所述蒸发器的蒸发室中进行蒸发处理，得到二次蒸汽和浓缩废液；使所述二次蒸汽进入所述蒸汽压缩机中进行加压升温处理，得到高温蒸汽，并将所述高温蒸汽作为热源返回所述蒸发器的加热室中进行换热；将所述加热室中部分未冷凝的所述高温蒸汽和不凝气作为热源送入所述第二预热器的第二预热室中进行换热；将所述加热室中换热产生的蒸汽冷凝液以及所述第二预热室中换热产生的蒸汽冷凝液分别送入所述电蒸汽发生器中；使所述电蒸汽发生器中的部分蒸汽冷凝液进行蒸发得到补偿蒸汽，使所述补偿蒸汽作为热源进入所述蒸发器的加热室中进行换热；使所述电蒸汽发生器中的部分蒸汽冷凝液作为热源进入所述第一预热器的第一预热室中进行换热，换热后的蒸汽冷凝液从所述第一预热室的出口经所述冷凝液流量调节阀进行排放。
根据本公开，经所述第一预热器预热后，所述放射性废液的温度升高至70℃～85℃，经所述第二预热器预热后，所述放射性废液的温度升高至90℃～98℃。
根据本公开，经所述蒸汽压缩机进行加压升温处理后，所述高温蒸汽的压力可以为50kPa～80kPa，温度可以为110℃～120℃。
根据本公开，从所述电蒸汽发生器进入所述第一预热室的蒸汽冷凝液的温度可以为110℃～120℃；从所述第一预热室的出口经所述冷凝液流量调节阀进行排放的蒸汽冷凝液的温度可以为40℃～55℃。
根据本公开，所述补偿蒸汽的温度可以为110℃～120℃。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (8)
1.一种放射性废液处理的热泵蒸发处理系统，其特征在于，该系统包括第一预热器、第二预热器、蒸发器、蒸汽压缩机和电蒸汽发生器，所述第一预热器具有第一原液室和第一预热室，所述第二预热器具有第二原液室和第二预热室，所述蒸发器具有蒸发室和加热室；
所述第一原液室、所述第二原液室、所述蒸发室和所述蒸汽压缩机依次连通，所述蒸汽压缩机的出口以及所述电蒸汽发生器的补偿蒸汽出口分别与所述加热室的入口连通，所述加热室的蒸汽出口与所述第二预热室的入口连通，所述加热室的冷凝液出口以及所述第二预热室的出口分别与所述电蒸汽发生器的冷凝液入口连通，所述电蒸汽发生器的冷凝液出口与所述第一预热室的入口连通；
所述第一预热室的出口处设有冷凝液流量调节阀，所述冷凝液流量调节阀用于调节从所述电蒸汽发生器的冷凝液出口进入所述第一预热室的入口的蒸汽冷凝液的流量；所述第一预热室的出口连接有外排管道，所述冷凝液流量调节阀设置在所述外排管道上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括供料槽、净化塔和热水泵；
所述供料槽的出口与所述第一原液室的入口连通；
所述净化塔设置在所述蒸发室和所述蒸汽压缩机之间，所述净化塔的入口与所述蒸发室的出口连通，所述净化塔的出口与所述蒸汽压缩机的入口连通；
所述热水泵设置在所述电蒸汽发生器和所述第一预热室之间，所述热水泵的入口与所述电蒸汽发生器的冷凝液出口连通，所述热水泵的出口与所述第一预热室的入口连通，用于将所述电蒸汽发生器中的蒸汽冷凝液送入所述第一预热室中。
3.采用权利要求1或2所述的系统处理放射性废液的方法，其特征在于，该方法包括：
通过所述冷凝液流量调节阀调节从所述电蒸汽发生器的冷凝液出口进入所述第一预热室的入口的蒸汽冷凝液的流量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将待处理的放射性废液依次送入所述第一预热器的第一原液室和所述第二预热器的第二原液室中进行预热处理；
使预热后的所述放射性废液进入所述蒸发器的蒸发室中进行蒸发处理，得到二次蒸汽和浓缩废液；
使所述二次蒸汽进入所述蒸汽压缩机中进行加压升温处理，得到高温蒸汽，并将所述高温蒸汽作为热源返回所述蒸发器的加热室中进行换热；
将所述加热室中部分未冷凝的所述高温蒸汽和不凝气作为热源送入所述第二预热器的第二预热室中进行换热；
将所述加热室中换热产生的蒸汽冷凝液以及所述第二预热室中换热产生的蒸汽冷凝液分别送入所述电蒸汽发生器中；
使所述电蒸汽发生器中的部分蒸汽冷凝液进行蒸发得到补偿蒸汽，使所述补偿蒸汽作为热源进入所述蒸发器的加热室中进行换热；
使所述电蒸汽发生器中的部分蒸汽冷凝液作为热源进入所述第一预热器的第一预热室中进行换热，换热后的蒸汽冷凝液从所述第一预热室的出口经所述冷凝液流量调节阀进行排放。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，经所述第一预热器预热后，所述放射性废液的温度升高至70℃～85℃，经所述第二预热器预热后，所述放射性废液的温度升高至90℃～98℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，经所述蒸汽压缩机进行加压升温处理后，所述高温蒸汽的压力为50kPa～80kPa，温度为110℃～120℃。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从所述电蒸汽发生器进入所述第一预热室的蒸汽冷凝液的温度为110℃～120℃；
从所述第一预热室的出口经所述冷凝液流量调节阀进行排放的蒸汽冷凝液的温度为40℃～55℃。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述补偿蒸汽的温度为110℃～120℃。
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